四號線接觸軌膨脹接頭補償問題探討

摘 要：廣州地鐵四號線有30.187kM接觸軌線路運行在高架段，受天氣溫度的影響，接觸軌熱脹冷縮，會導致每個錨段接觸軌滑動，膨脹接頭作為接觸軌補償的重要設備，在正常運行時，補償接觸軌因溫度變化引起的伸縮，確保每個錨段接觸軌中心位置不變。但是膨脹接頭在長時間運行后，會出現初始滑動力過大，不能有效補償接觸軌溫升變化，導致中錨偏移，引起中心錨節斷裂，嚴重威脅供電安全。

關鍵詞：膨脹接頭；補償；初始滑動力；中錨

四號線采用的是寶雞廠制作的膨脹接頭，按照錨段設置，隧道內90m一處，隧道外75m一處（斷口除外），四號線總共設置800多處膨脹接頭。其中洞口-金洲屬于高架段，黃村-洞口屬于隧道內。

1 膨脹接頭情況

目前四號線膨脹接頭使用年限為10年，根據《GD02廣州地鐵接觸軌檢修規程（1.0）》第9.2條膨脹接頭大修年限：

（1）隧道內15-20年。

（2）隧道外10-15年。

四號線洞口-金洲高架段的膨脹接頭已經進入大修范圍，特別對于經常出現問題的新造-石 區間、石 -海傍區間，已經開始在對部分現有膨脹接頭進行大修。如表1，對改進的膨脹接頭進行掛網運行。

2 膨脹接頭的作用與補償問題

膨脹接頭用于補償接觸軌系統因溫度變化而引起的熱脹冷縮的變化，保證接觸軌系統安全穩定運行。

但在實際運行中，由于膨脹接頭未能有效的進行伸縮滑動，導致洞口-金洲高架段接觸軌系統中心錨節支架偏移嚴重，有的甚至直接導致絕緣支架破裂，對運營安全造成極大的威脅。

膨脹接頭不能滿足補償問題的原因：

（1）膨脹接頭夾板接觸面磨損，在線運營的膨脹接頭運行年限長久，頻繁的滑動導致夾板與接觸軌接觸面不均與磨損，膨脹接頭不能正常伸縮。

（2）膨脹接頭電連接板摩擦力大。膨脹接頭的伸縮會引起兩塊電連接板滑動，而電連接板為了滿足載流量，兩個接觸面之間存在必要的壓力，增大了膨脹接頭初始滑動力。

（3）接觸軌錨段設計補償量不滿足裕量要求。根據接觸軌熱脹冷縮計算公式估算，設接觸軌所處環境的極限最高溫度為tmax，極限最低溫度為tmin，接觸軌的熱膨脹系數為？墜，標準錨段長度L，在極限環境溫度時的變化量為△L，則△L=？墜（tmax-tmin）L。設計時取tmax為40℃，tmin為-5℃，廣州地鐵四號線接觸軌技術規格書給出接觸軌的膨脹系數（線脹系數）為21.48×10-6/℃，代入公式，可以得出每個錨段長度在極限環境溫度時的的極限變化量△L為72.495mm，兩個錨段同時膨脹的極限變化量為△L×2=144.99mm，小于兩個錨段間的膨脹接頭補償余量200mm。如此，依照設計計算四號線接觸軌伸縮補償余量是能滿足要求的。但是上式中所取溫度為接觸軌所處環境溫度，而非接觸軌本體的溫度，接觸軌與空氣是兩種比熱容不同的介質，在吸收同等熱量的條件下，不同介質的氣溫變化量與該介質的比熱容成反比，也即是同樣的熱量接觸軌的溫升要遠高于空氣的。另一方面，四號線高架段線路采用有縫線路設計，由于橋梁受溫度、外荷載及列車制動啟動影響，橋梁與軌道間發生相對位移，從而對橋梁的下部結構產生附加力的作用，使得四號線高架段橋梁也存在熱脹冷縮的現象。實際情況中，溫度變化引起的熱脹冷縮與橋梁引起的加起來，會超過膨脹接頭的補償量。（4）膨脹接頭滑動載荷設計與中心錨節支架水平載荷不符。根據絕緣支架水平載荷試驗，絕緣支架水平載荷能力為1.50kN。而在線運營的膨脹接頭或者備件膨脹接頭初始滑動力為10kN，第二次滑動為2.5kN。在溫度變化時，膨脹接頭不能及時有效的對接觸軌熱脹冷縮效應進行補償。

3 膨脹接頭問題解決方案

3.1 對現有膨脹接頭做技術改進

通過拉力試驗及數據表明，初步估計，按照現有四號線膨脹接頭的安裝情況，膨脹接頭初始滑動力一般都在2.5KN左右，是絕緣支架最大水平工作荷載1500N的7倍。因此可能在膨脹接頭尚未滑動補償的時候，中錨絕緣支架處的受力已經超出了最大荷載，膨脹接頭補償出現問題。

根據試驗情況，把在線運營的膨脹接頭進行技術改進：（1）調整夾板兩端的螺栓緊固力矩，由20N·M改為1N·M，并在螺栓兩端加鎖固膠。（2）夾板兩端棱角打磨平滑，涂抹導電膏，減少膨脹接頭移動阻力。（3）減少電連接板對初始滑動力的影響。雖然我們不能對電連接板進行改造（六號線新型的膨脹接頭就是對電連接板改造為軟銅帶連接），我們可以將膨脹接頭U型螺栓長度有16mm調整為20mm，從而減少電連接板對接觸軌初始滑動力的影響。然后用測量儀器：大電流微歐計MOM690對電連接板做電阻測試，如表2。

通過技術改進，在線運營的膨脹接頭能滿足接觸軌因溫度變化而出現的熱脹冷縮問題。

3.2 使用新型膨脹接頭

新型膨脹接頭改良了原有膨脹接頭的缺陷，并且在六號線運行過程中，未出現因溫度變化而出現補償問題。

技術改進點：（1）膨脹接頭銅連接板滑動摩擦改進為銅帶連接。膨脹接頭改換成銅帶連接，解決銅連接板滑動摩擦力過大問題。（2）膨脹接頭夾板加裝滾軸，使滑動摩擦變為滾動摩擦。膨脹接頭夾板與接觸軌的摩擦力過大，是導致膨脹接頭不能自由補償的主要原因之一，新型膨脹接頭在夾板與接觸軌接觸面加裝滾軸裝置，極大較小膨脹接頭的初始摩擦力。（3）膨脹接頭夾板兩端螺栓加裝限位裝置，有效限制夾板與接觸軌接觸力。此膨脹接頭是北京衛星制造廠制作，只是四號線南延段膨脹接頭，目前無匹配的防護罩，無法安裝，并且設備性能還有待驗證。

4 結束語

對在線運營的膨脹接頭技術改進，有效減小了膨脹接頭的滑動初始摩擦力，但是四號線高架段過長，膨脹接頭數量太多，考慮到既有運營線路人力、作業情況，無法在較短的時間內完成對整個高架段膨脹接頭技術改造，而在線運營中，改進的膨脹接頭在運營幾年會陸續出現同樣的問題，不能從根本上解決膨脹接頭自由補償的問題。

更換新型膨脹接頭，根據目前運營經驗以及技術分析，新型膨脹接頭制作設計作出了更改，有效的解決以往膨脹接頭自由補償的問題，但大規模的更換新型膨脹接頭，需要膨脹接頭數量較多，費用較高。

解決四號線膨脹接頭問題，需要根據目前線路情況以及人力物力，首先解決易出現問題的特殊地段（例如彎道、高架橋、不同道床之間），然后再逐步解決高架段其他地方。